常断型异质结场效应晶体管制造技术

常断型HFET包括：依次叠层的厚度为t1的未掺杂AlwGa1-wN层(11)、厚度为t2的未掺杂AlxGa1-xN层(11b)和厚度为tch的未掺杂GaN沟道层(11a)；与沟道层电连接并且相互隔开地形成的源极电极(21)和漏极电极(22)；在源极电极与漏极电极之间在沟道层上形成的厚度为t3的未掺杂AlyGa1-yN层(12)；在源极电极与漏极电极之间在AlyGa1-yN层的部分区域上呈台面型形成的厚度为t4的AlzGa1-zN层(13)；和在AlzGa1-zN层上形成的肖特基势垒型栅极电极(23)，满足y＞x＞w＞z、t1＞t4＞t3和2wtch/(x-w)＞t2＞1nm的条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】常断型异质结场效应晶体管
本专利技术涉及利用氮化物半导体的异质结场效应晶体管(HFET)，特别涉及常断型(normally-off-type)HFET的改善。
技术介绍
与Si类和GaAs类的半导体相比，GaN和AlGaN等氮化物半导体具有高的绝缘破坏电场和优异的耐热性，并且具有电子的饱和漂移速度快的优点，因此，被期待能够提供在高温动作和大功率动作等方面具有优异的特性的电子器件。已知：在作为利用这样的氮化物半导体制作的电子器件的一种的HFET中，形成由氮化物半导体叠层结构中含有的异质结引起的二维电子云层，在源极电极与漏极电极之间利用相对于氮化物半导体层具有肖特基结的栅极电极来控制电流。图18是表示利用AlGaN/GaN异质结的以往的典型的HFET的示意性的截面图。在该HFET中，在蓝宝石基板501上依次叠层有低温GaN缓冲层502、未掺杂GaN层503、和n型AlGaN层504，在n型AlGaN层504上形成有包括Ti层与Al层的叠层的源极电极505和漏极电极506。在源极电极505与漏极电极506之间形成有包括Ni层、Pt层和Au层的叠层的栅极电极507。该图18的HFET是常通型(normally-on-type)，在该常通型HFET中，由于在未掺杂GaN层503与n型AlGaN层504的异质界面产生的高浓度的二维电子云，即使在栅极电压为0V时也能够流动漏极电流。但是，在将HFET用作功率晶体管的情况下，在包括常通型HFET的电路中，有在停电时等该电路在安全方面产生问题的情况。因此，为了将HFET作为功率晶体管使用，需要是在栅极电压为0V时不流动电流的常断型(normally-off-type)。为了满足该要求，专利文献1的日本特开2006-339561号公报提出了在栅极中利用台面结构(mesastructure)和pn结的HFET。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-339561号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题图19表示专利文献1中公开的常断型HFET的示意性截面图。该HFET具备在蓝宝石基板101上依次叠层的厚度100nm的AlN缓冲层102、厚度2μm的未掺杂GaN层103、厚度25nm的未掺杂AlGaN层104、厚度100nm的p型GaN层105和厚度5nm的高浓度p型GaN层106。在该HFET中，未掺杂AlGaN层104由未掺杂Al0.25Ga0.75N形成，其上的p型GaN层105与高浓度p型GaN层106形成台面(mesa)。在高浓度p型GaN层106上，设置有与其欧姆接合的Pd栅极电极111。另外，在未掺杂AlGaN层104上，设置有夹着p型GaN层105配置的包括Ti层与Al层的叠层的源极电极109和漏极电极110。这些电极设置在由元件分离区域107包围的区域内。氮化物半导体叠层结构的上侧表面由SiN膜108保护。该图19的HFET的特征在于：栅极电极111与高浓度p型GaN层106欧姆接合，因此，在栅极区域形成pn结，该pn结由在未掺杂AlGaN层104与未掺杂GaN层103的界面形成的二维电子云层和p型GaN层105产生。与由肖特基结产生的势垒相比，由pn结产生的势垒更大，因此，在该HFET中，与以往的包含肖特基结的栅极电极的HFET相比，即使提高栅极电压也难以产生栅极漏电流。另外，在图19的HFET中，在栅极电极111之下设置有高浓度p型GaN层106，因此，容易在与栅极电极111之间形成欧姆接合。一般而言p型氮化物半导体难以形成欧姆接合，因此设置有高浓度p型GaN层106。在此，众所周知：在氮化物半导体中，使高浓度的p型杂质活化而生成高浓度的p型载流子并不容易。一般而言，为了使高浓度p型杂质活化而生成高浓度p型载流子，需要进行电子射线照射或高温退火等。另外，在图19的HFET中，还存在阈值电压Vth低，为了使其动作需要特别的驱动器的问题。因此，本专利技术的目的是简便地以低成本提供具有高阈值电压和低导通电阻的常断型HFET。用于解决技术问题的手段本专利技术的一个方式的常断型HFET的特征在于，包括：依次叠层的厚度为t1的未掺杂AlwGa1-wN层、厚度为t2的未掺杂AlxGa1-xN层和厚度为tch的未掺杂GaN沟道层；与沟道层电连接并且相互隔开地形成的源极电极和漏极电极；在源极电极与漏极电极之间在沟道层上形成的厚度为t3的未掺杂AlyGa1-yN层；在源极电极与漏极电极之间在AlyGa1-yN层的部分区域上呈台面型形成的厚度为t4的AlzGa1-zN层；和在AlzGa1-zN层上形成的肖特基势垒型栅极电极，满足y＞x＞w＞z、t1＞t4＞t3和2wtch/(x-w)＞t2＞1nm的条件。另外，优选满足w-z＞0.03的条件。另外，还优选满足t4/t3＞4的条件。栅极电极能够由Ni/Au叠层、WN层、TiN层、W层和Ti层中的任一个形成。另外，优选AlwGa1-wN层、AlxGa1-xN层、GaN沟道层、AlyGa1-yN层和AlzGa1-zN层均具有Ga原子面出现在作为(0001)面的上侧面上的Ga极性。本专利技术的另一个方式的常断型HFET的特征在于，包括：依次叠层的厚度为t1的未掺杂AlwGa1-wN层和厚度为tch的未掺杂GaN沟道层；与沟道层电连接并且相互隔开地形成的源极电极和漏极电极；在源极电极与漏极电极之间在沟道层上形成的厚度为t3的未掺杂AlyGa1-yN层；在源极电极与漏极电极之间在AlyGa1-yN层的部分区域上呈台面型形成的厚度为t4的AlzGa1-zN层；和在AlzGa1-zN层上形成的肖特基势垒型栅极电极，满足y＞w＞z和t1＞t4＞t3的条件。专利技术效果根据以上那样的本专利技术，能够简便地以低成本提供具有高阈值电压和低导通电阻的常断型HFET。附图说明图1是表示与本申请专利技术密切相关的参考方式的HFET的示意性截面图。图2是示意性地表示图1的HFET的能带结构的一个例子的图表。图3是表示图1的HFET中包含的面电荷密度(sheetchargedensity)qns与源极-栅极间电压Vgs的关系的图表。图4是在能带结构内示意性地表示基于在异质结界面相邻的2层的极化差产生的面固定电荷密度(fixedsheetchargedensity)σ的图表。图5是表示求取图1的HFET中包含的多个氮化物半导体层的Al组成比与阈值电压Vth的关系的计算结果的图表。图6是表示求取图1的HFET中包含的多个氮化物半导体层的厚度的比率与阈值电压Vth的关系的计算结果的图表。图7是表示求取实际制作的HFET中的源极-栅极电压Vgs与漏极电流Id的关系而得到的实测数据的图表。图8是表示求取实际制作的HFET中的源极-漏极电压Vds与漏极电流Id的关系而得到的实测数据的图表。图9是表示本申请专利技术的一个实施方式的HFET的示意性截面图。图10是示意性地表示图9的HFET中的能带结构的一个例子的图表。图11是在能带结构内示意性地表示基于在异质结界面相邻的2层的极化差产生的面固定电荷密度σ的图表。图12A是示意性地表示在图9的HFET不包含深的杂质能级的情况下，在开关中途不存在空穴时的能带结构的一个例子的图表。图12B是示意性地表示在图9的HFET包含深的杂质能级的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常断型HFET，其特征在于，包括：依次叠层的厚度为t1的未掺杂AlwGa1‑wN层、厚度为t2的未掺杂AlxGa1‑xN层和厚度为tch的未掺杂GaN沟道层；与所述沟道层电连接并且相互隔开地形成的源极电极和漏极电极；在所述源极电极与所述漏极电极之间在所述沟道层上形成的厚度为t3的未掺杂AlyGa1‑yN层；在所述源极电极与所述漏极电极之间在所述AlyGa1‑yN层的部分区域上呈台面型形成的厚度为t4的AlzGa1‑zN层；和在所述AlzGa1‑zN层上形成的肖特基势垒型栅极电极，满足y＞x＞w＞z、t1＞t4＞t3和2wtch/(x‑w)＞t2＞1nm的条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.27 JP 2011-2858571.一种常断型HFET，其特征在于，包括：依次叠层的厚度为t1的未掺杂AlwGa1-wN层、厚度为t2的未掺杂AlxGa1-xN层和厚度为tch的未掺杂GaN沟道层；与所述沟道层电连接并且相互隔开地形成的源极电极和漏极电极；在所述源极电极与所述漏极电极之间在所述沟道层上形成的厚度为t3的未掺杂AlyGa1-yN层；在所述源极电极与所述漏极电极之间在所述AlyGa1-yN层的部分区域上呈台面型形成的厚度为t4的AlzGa1-zN层；和在所述AlzGa1-zN层上形成的肖特基势垒型栅极电极，满足y＞x＞w＞z、t1＞t4＞t3和2wtch/(x-w)＞t2＞1nm的条件。2.如权利要求1所述的常断型HFET，其特征在于：满足w-z＞0.03的条件。3.如权利要求1或2所述的常断型HFET，其特征在于：满足t4/t3＞4的条件。4.如权利要求1或2所述的常断型HFET，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·特怀南，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP